应用型本科力学课程教学研究与改革

建设以培养应用型人才为主的本科高校是国家的一项中长期教育战略。应用型本科教育重视实践教学、强化知识应用，在满足应用人才需求、促进经济发展、推动高等教育大众化等方面发挥了重要作用。
机械行业为各行各业提供所需要的设备和设施。力学是设计和制造机械产品、保证产品使用性能必不可少的。
为达到应用型本科对人才培养的要求，结合企业生产的知识需求，考虑本校学生学习能力及教学条件，在参考别人教改经验的基础上，对机制专业力学课程的教学内容、教学方法进行一些研究和探索，以提高教学质量，促进学用结合。
1 机械专业力学课程调研及其分析
为了了解本校力学教学效果及其存在的问题，摸清机械类企业对应用型人才在力学知识方面的需求，对本校毕业生及相关机械类企业进行了必要的调研。
1.1 来自毕业生的反馈
在向本校毕业生调查后，他们反馈了一些教学中存在的问题：（1）所学的力学知识和企业需求之间存在一定程度的脱节；（2）教学与工程实践结合较弱，缺乏综合运用力学知识解决工程问题的能力；（3）教学过程中缺乏创新能力、交流能力等能力的培养；（4）教学手段单一，部分学生缺乏学习兴趣等。
1.2 企业调研
调研制造类企业机械技术人员对力学知识的需求。调研了经济不太发达的南阳地区企业和经济较发达的大上海地区企业，主要包括：防爆集团、西峡排气管厂、南京品臻精密模具、苏州道尚机械制造、苏州银海机电科技等公司。
我国机械行业正处于转型过程中。被调研企业的产品差异很大，但各企业均大量使用加工中心等先进的加工设备，生产自动化水平急剧提高。这在一定程度上改变了传统的设计制造过程。
制造类企业均需要以下四类人员：流水线操作人员（线工）、技术人员（包括驻厂和外派两类）、产品设计人员、销售及管理人员。不同人员对力学知识的要求是不同的。线工对力学知识要求最低，其次是销售及管理人员；技术人员需要掌握较多的力学知识；产品设计人员需要熟练应用力学知识。
1.3 分析及对策
分析毕业生的反馈和企业调研情况，机械专业力学课程教学中存在以下几点问题：
1.3.1 所学力学知识与企业需求不完全一致
反映出有的力学知识在企业中没有用到，有的知识不够用。这与学生就业岗位有关，从事产品设计人员所学的力学知识不够用；在机械制造岗位工作的人员，所学力学知识基本够用；在销售和管理岗位工作的人员，所学力学知识中有的用不到。在学校所传授的力学知识，能够照顾大多数人够用，不可能满足所有岗位的需要。鉴于应用型本科学生就业后从事技术工作的人员居多，所授力学知识必须满足他们的需要，同时使产品设计人员和考研学生能够在此基础上扩展和提升。
1.3.2 有些学生学习兴趣不佳
力学课程一方面理论性比较强，有时需要较强的数学知识，另一方面应用性强，需要更多的机械工程、材料工程等知识。但是在学习力学课程时专业课程还没有学，在与工程结合时会造成很多困扰。学习兴趣不大还与学风与教风有关。
从应用角度来看，知道力学的应用价值就会产生学习兴趣；从研究角度来看，让学生从初始条件通过推导得出结论，把学习当成研究定会获益良多。力学课程中较多的公式能在最初始条件基础上通过研究和推导而得出；也有一些较难的公式，需要数学建模和较多的工程知识。
1.3.3 缺乏运用力学知识解决工程问题的能力
经分析造成的原因有：学生对所学的力学知识理解不充分，没学会就不会用；学生缺乏工程常识，不知道需要干什么和怎么干；二者都满足了才能够解决工程中的力学问题。
力学课程属于专业基础课程，远达不到解决复杂工程问题的水平。除力学外还需要学习《机械原理》《机械设计》《机械制造》《工程材料》等专业课程，没有这些专业课程，在工程中力学难以发挥作用。解决工程问题时还需要理解工程技术，刚刚入职的大学生经验缺乏，专业素养不够高，解决工程问题能力缺乏。
在实践过程中，发现学生不能学以致用的主要问题是没有领会知识的含义。在高校中甚至有些人鼓吹“应用型教学不用学通理论，会操作能解决实际问题就行了”。实践证明，不懂就不会用，也绝不会有创新能力。直接拿结论来用或者说只会套用公式的人，根本没有前途。在力学教学时在基本理论上花费大量时间是值得的。不妨将打好理论基础比喻为“渔”，套用公式去计算比喻为“鱼”，让学生去“渔”，而不是给学生“鱼”，如果“鱼”是财富，那么“渔”就是获得财富的能力。
1.3.4 学生能力与期望值有差距
学生的反馈还反映了希望具有创新能力和交流能力。在力学课程教学中可以做一些培养创新能力和交流能力的尝试，但是不可期望过高。这些综合素质的提高需要学生、老师、企业共同长时间地努力才有效果。
力学课程教学内容上没有多少创新潜力，受条件和时间所限，不建议加入过多的扩展内容；在教学方法和组织形式上可以适当创新，以提高学习兴趣、培养创新意识等综合能力。
2 理论教学内容及教学方法改革
2.1 优化教学内容
机制专业力学课程包括《理论力学》和《材料力学》。《理论力学》主要研究刚体的受力分析及运行规律，它由静力学、运动学和动力学三部分组成。《材料力学》主要研究零件在外力作用下变形、破坏、失效的规律，它为设计安全可靠的零件提供基本理论与设计方法。
在分析就业岗位对力学知识的要求、考虑学生对力学知识消化吸收能力的基础上，对机制专业力学教学内容进行了优化，优化后的知识点及其教学要点如图1所示。

图1 课程知识点及其教学要点树状图
图1 中教学先后顺序为从下向上，如同树的生长，内容分类关系为“树干→树枝→树叶”。用树叶表示基本知识点，大片树叶代表教学重点，深色树叶代表教学难点。例如，平面力系是静力学的重点和难点，质点动力学基本方程是动力学的重点和难点，组合变形是是材料力学的重点和难点等。
2.2 教学方法改革
为提高学习积极性、学习效率和授课效果，对本校力学课程教学方法进行了一些改革。
2.2.1 补充合适的实例，增加趣味性
力学课程理论性强，有些学生兴趣不大。部分学生由于数学知识和工程知识的欠缺，对所学知识未能理解，听不懂课跟不上进度也不会应用，才感觉没兴趣。学生工程基础弱，教学时更多地利用生活实例来引导学生，使学生对力学产生兴趣。如图2所示的实例比较生动活泼，教学效果较好。
2.2.2 同伴互助与研讨，提高学习效率
近两年来，在教学过程中部分采取让学生二人一组进行问答和共同研讨的方式[5]，已经取得了一定效果。教师建立了适合课堂教学的问答题目和研讨题目的题库。在问答和研讨过程中，激发了学习积极性，活跃了课堂气氛，部分实现了主动思考、合作学习、提高交流能力，从而使学生增强了对概念的理解，深入了解了力学的应用。由于教师只对部分小组进行辅导，解决了以住师生互动时教师太忙，大部分学生太闲，效率低下的不足。

(a)关于大树的受力 (b)这样搭接的板，你敢及变形的分析不敢在上面行走呢？

(c)比萨斜塔倾斜到多大 (d)钢索和绳子，要拉断角度才会倒下来呢？ 它们哪个更费力气呢？
图2 教学过程中所用到的实例
2.2.3 兼顾理解与效率，把控公式推演
在教学中对于简单的公式必须推导，少数可布置学生课下进行。对于难度大的过于复杂的公式，涉及数学建模、机械和材料知识等，看其重要程度来决定是否推演。有些公式非常重要即使复杂也要搞明白，例如材料力学中计算扭转切应力τρ=MρIp和弯曲正应力σ= MyIz二个公式的推导，每次授课时都在课堂上详细讲解。
2.2.4 教学手段与课堂信息量控制
授课时采用多媒体教学配合传统的黑板和教具，为学生展现了较为丰富的信息。精心选取的图片、动图、视频、模型、实物有机搭配，产生了良好的授课效果。但是受学生接收能力和授课时间的制约，教学信息量控制在能够满足内容要求，并适当增加一些工程实例的水平上。
3 在实践教学中应用力学
在本校机制专业力学试验时，着重强调学生动手能力，验证力学原理，并采取在试验报告中留一些问题，讲解试验时复习力学知识，扩充部分知识等手段，提高实验效果。例如，在拉伸试验测量断后伸长率时，补充“移位法”。
在后续的《机械原理》、《机械设计》、《机械制造》、《毕业设计》等课程和环节中，加强力学知识的应用，使学生较系统地应用力学和专业知识，取得了一定的效果。
本校学生多次到在南阳二机厂、西峡水泵公司、东风汽车公司等地实习。在实习过程中，带队老师结合企业产品、生产技术和设备、产品质量管理等情况，适时地讲解一些涉及到的力学知识，使学生对力学与工程结合有了印象，学生反映很好。
4 结束语
为了使力学课程教学适应工程应用的要求，适应应用型本科院校的培养目标，本文进行了一些探讨，并实施了一些教学内容和教学方法的改革。这些改革或改进措施具有一定的效果，体现在：改善了枯燥、乏味的学习感觉，解决了部分学生学习兴趣低的问题，在一定程度上促进了力学知识与工程应用的结合。